混凝土9学习教程.pptx

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1、1结构构件的可靠性具有足够的承载力和变形能力安全性适用性耐久性在使用荷载下不产生过大的裂缝和变形在一定时期内维持其安全性和适用性的能力9.1 9.1 概述概述第第1 1页页/共共4040页页2一.变形控制的目的和要求1)保证结构的使用功能要求:如吊车、精密仪器如吊车、精密仪器2)防止对结构构件产生不良影响:振动、变形过大振动、变形过大 3)防止非结构构件不能正常使用和局部破坏:门窗开关，隔墙开裂等门窗开关，隔墙开裂等 4)保证人们的感觉在可接受程度之内:不安全感，振动噪声不安全感，振动噪声规范仅对受弯构件作出规定9.2 变形验算第第2 2页页/共共4040页页3混凝土受弯构件混凝土受弯构件的跨

2、中挠度 f 为 B 仍称为受弯构件的弯曲刚度，但由于混凝土是不均匀的非弹性材料，其变形模量 Ec 随截面应力增大而减小，而裂缝截面的惯性矩 Ic 也随裂缝开展而显著降低，加之混凝土材料具有比较明显的徐变、收缩等“时随”特性，需要考虑长期荷载的影响，因而确定钢筋混凝土构件的弯曲刚度 B 要较确定匀质材料梁 EI 复杂得多。匀质弹性材料梁匀质弹性材料梁的跨中挠度 f 为 当梁的截面形状、尺寸和材料确定时，其截面弯曲刚度EI 是一个常数，既与弯矩无关，也不受时间影响。二.截面抗弯刚度的特点第第3 3页页/共共4040页页41）随弯矩增大B不断降低4）随加载时间增长B降低受弯构件 M-曲线MIIIII

3、I 开裂 钢筋屈服 破坏3）沿构件纵向B变化2）随纵筋配筋率减小B降低与荷载形式、支承条件有关的系数开裂前：开裂后：第第4 4页页/共共4040页页5 钢筋混凝土受弯构件的M关系曲线受诸多因素影响。通过一定的理论分析与试验研究，首先确定构件在短期荷载作用下的刚度Bs，然后考虑长期荷载的影响，以计算构件正常使用阶段的挠度。对要求不出现裂缝的构件，也可近似地把混凝土开裂前的M曲线视为直线，它的斜率就是截面弯曲刚度，取为0.85EcIc。M受弯构件 M-曲线IIIIII 开裂 钢筋屈服 破坏第第5 5页页/共共4040页页61.平均曲率就平均应变而言符合平截面假定标准组合时的荷载效应三.短期刚度(解

4、析刚度法)几何方程平均曲率半径平均曲率半径纵向受拉钢筋重心处的平均拉应变和受压区边缘混凝土的平均压应变纵向受拉钢筋重心处的平均拉应变和受压区边缘混凝土的平均压应变截面的有效高度截面的有效高度第第6 6页页/共共4040页页7梁纯弯段内各截面应变及裂缝分布梁纯弯段内各截面应变及裂缝分布第第7 7页页/共共4040页页82.平均应变平均应变裂缝截面处的应力和应变受压区边缘混凝土平均应变综合系数MkAsh0h0ckckh0Assk裂缝截面处的应力图形按荷载效应的标准组合计算的裂缝截面处受压区边缘混凝土的压应力本构方程力平衡方程第第8 8页页/共共4040页页9GB50010采用的就是上述公式，且有

5、适用于矩形、T形、倒T形和I形截面受弯构件，计算的平均曲率与试验结果符合较好。第第9 9页页/共共4040页页101.长期荷载作用下刚度降低的原因四.长期刚度B（1）受压区混凝土发生徐变（2）裂缝间受拉混凝土的应力松弛、混凝土和钢筋的滑移徐变，使受拉混凝土不断退出工作（3）裂缝不断向上发展，使其上部原来受拉的混凝土脱离工作，使内力臂减小（4）由于受拉区和受压区混凝土的收缩不一致，使梁发生翘曲，亦将导致曲率的增大和刚度的降低（5）所有影响混凝土徐变和收缩的因素都将影响刚度的降低，使构件挠度增大第第1010页页/共共4040页页112.长期刚度计算(变形系数法)定义：规范（GB50010）计算原则

6、：按荷载标准组合并考虑荷载长期效应影响的刚度B计算，并用荷载准永久组合对挠度增大的影响系数 来考虑荷载长期效应对刚度的影响。按荷载效应的标准组合计算的弯矩，取计算区段内的最大弯矩值按荷载效应的准永久组合计算的弯矩，取计算区段内的最大弯矩值第第1111页页/共共4040页页12标准组合：标准组合：准永久组合：准永久组合：M第第1212页页/共共4040页页13 为简化计算，在同号弯矩范围内，按最小刚度，即取弯矩最大截面处的刚度，作为各截面的刚度（图中阴影），使变刚度梁作为等刚度梁来计算。最小刚度原则：不能用Mq长期刚度*当不满足要求时，加大截面高度PPhl0BsM五.受弯构件的变形验算第第131

7、3页页/共共4040页页14一方面按一方面按Bmin计算的挠度值偏大，另一方面，不考虑剪切变形的影响，对计算的挠度值偏大，另一方面，不考虑剪切变形的影响，对出现斜裂缝的情况，剪跨内钢筋应力大于按正截面的计算值，这些均导致挠出现斜裂缝的情况，剪跨内钢筋应力大于按正截面的计算值，这些均导致挠度计算值偏小。上述两方面的影响大致可以互相抵消，采用度计算值偏小。上述两方面的影响大致可以互相抵消，采用“最小刚度原则最小刚度原则”是可以满足工程要求的。是可以满足工程要求的。第第1414页页/共共4040页页15提高受弯构件刚度的措施(1)增大构件截面有效高度是提高构件截面刚度最有效的措施;(2)当截面高度及

8、其他条件不变时，如有受拉翼缘或受压翼缘，则 Bs有所增大;(3)增大受拉筋的配筋率，Bs 略有增大;(4)当设计中构件的截面高度受到限制时，可考虑增加受拉钢筋配筋 率、采用双筋截面等措施;(5)采用高性能混凝土、对构件施加预应力等都是提高混凝土构件刚 度的有效措施。第第1515页页/共共4040页页16裂缝的分类与成因裂缝的分类与成因施工期间产生的裂缝和使用期间产生的裂缝按裂缝的产生时间龟裂、横向裂缝（与构件轴线垂直）、纵向裂缝、斜裂缝、八字裂缝、X形交叉裂缝等按裂缝的产生原因非受力因素产生的裂缝和受力因素产生的裂缝按裂缝的形态1.分类9.3 裂缝验算第第1616页页/共共4040页页172.

9、成因固体下沉，表面泌水而引起的。大风、高温使水分从混凝土表面快速蒸发引起的（龟裂）。（1）塑性裂缝混凝土的收缩受到约束后产生的裂缝（2）温度裂缝大体积混凝土中由于混凝土水化作用产生的水化热使内外混凝土产生温度差。（3）约束收缩裂缝1）施工期间的裂缝第第1717页页/共共4040页页182）使用期间的裂缝-钢筋锈蚀引起的裂缝第第1818页页/共共4040页页192）使用期间的裂缝-温度（气温）变化引起的裂缝温度区段气温升高时T2）使用期间的裂缝-地基不均匀沉降引起的裂缝第第1919页页/共共4040页页202）使用期间的裂缝-外部环境引起的裂缝冻融循环作用碱骨料反应盐类腐蚀外部环境酸类腐蚀第第2

10、020页页/共共4040页页212）使用期间的裂缝-荷载引起的裂缝拉、弯、剪、扭、粘结等引起的裂缝目前，只有在拉、弯状态下混凝土横向裂缝宽度的计算理论比较成熟。这也是本章所要介绍的主要内容斜裂缝！垂直裂缝！纵向裂缝！第第2121页页/共共4040页页22一.裂缝控制的目的与要求 2.确定裂缝控制的因素：1）工作条件、使用要求。2）环境条件要求。1.裂缝控制的目的：1）结构的外观要求。不影响外观效果，不引起使用者心理上的不安。2）保护钢筋，保证结构的耐久性。在室内，可以适当放宽，一般现在以0.30mm为限。第第2222页页/共共4040页页23裂缝的控制等级严格要求不出现裂缝，使用阶段不允许出现

11、拉应力一级二级三级一般要求不出现裂缝，使用阶段允许出现拉应力，但应力作限制可以出现裂缝，但应验算裂缝的宽度3.裂缝的控制等级：由不同规范根据具体情况确定第第2323页页/共共4040页页24以轴心受拉为例*基本假定就是：开裂后，裂缝处混凝土退出工作，钢筋和混凝土之间发生滑移，混凝土回缩至图中虚线的位置*裂缝宽度=裂缝间钢筋和混凝土之间的变形差值先求出裂缝间距1.粘结滑移理论C裂缝计算理论第第2424页页/共共4040页页25裂缝的间距ms（s）smc（c）cmAs裂缝数量裂缝数量增加至一增加至一定数量时定数量时不再增加，不再增加，但宽度不但宽度不断变化断变化第第2525页页/共共4040页页2

12、6裂缝的间距m s(s)llsmc(c)cml（s+s）AssAsc=ftl（s+s）AssAsm第第2626页页/共共4040页页27裂缝的间距m s(s)llsmc(c)cml（s+s）AssAsc=ftl（s+s）AssAsm裂缝的平均间距第第2727页页/共共4040页页28裂缝的间距bhbfbfbh0.5hhfhf为了和受弯构件相统一，定义：有效配筋率有效受拉面积于是，对轴拉和受弯构件，平均裂缝间距的公式可统一写成：第第2828页页/共共4040页页29裂缝的宽度裂缝处钢筋的应变C设 称为裂缝间钢筋应力不均匀系数，则有裂缝处钢筋的应力第第2929页页/共共4040页页302.无滑移理

13、论认为混凝土开裂后，混凝土与钢筋之间无相对滑移，裂缝的发展宽度与裂缝量测点距最近一根钢筋表面的距离c直接相关。*Broms（美）Base（英）等人通过试验得出：C第第3030页页/共共4040页页31上述两种理论和实际情况均有一定的差距，为此将二者结合起来，按下述公式进行计算分析：C各系数由试验分析确定3.粘接滑移与无滑移理论的结合第第3131页页/共共4040页页324.半理论半经验的方法平均裂缝间距：te0.01时，取te=0.01c65时，取c=65轴拉=1.1；其他=1.0光面筋，取0.7；带肋筋，取1.0混凝土结构设计规范（GB50010）水工钢筋混凝土结构设计规范所采用的方法第第3

14、232页页/共共4040页页33平均裂缝宽度计算式由粘结滑移理论，裂缝宽度=裂缝间钢筋和混凝土 之间的变形差值裂缝宽度受拉纵筋截面重心处构件侧表面的裂缝宽度Cw裂缝处钢筋的应变裂缝间钢筋应变不均匀系数裂缝间混凝土伸长对裂缝宽度的影响系数裂缝处钢筋的应力近似取0.85则有设第第3333页页/共共4040页页34受弯构件：按荷载标准组合（短期效应组合）计算偏心受拉构件：轴心受拉构件：偏心受压构件：取0.87裂缝处钢筋的应力内力臂第第3434页页/共共4040页页35反映裂缝间受拉混凝土对纵筋应变的影响程度物理意义物理意义（9.23）截面开裂弯矩 截面荷载标准组合（短期效应组合）时的弯矩裂缝间钢筋应

15、变不均匀系数第第3535页页/共共4040页页361.考虑因素1）考虑混凝土质量不均匀的；2）考虑荷载长期作用下混凝土徐变和应力松弛；试验统计3）考虑混凝土收缩使裂缝间混凝土长度缩短。2.综合公式 构件受力特征系数五.最大裂缝宽度与裂缝宽度验算421272.crcrcr=aaa偏拉：偏拉：受弯、偏压：受弯、偏压：轴拉：轴拉：第第3636页页/共共4040页页37提高混凝土强度等级减小钢筋直径增大钢筋截面面积适当控制混凝土保护层厚度采用变形带肋钢筋3.减小裂缝宽度的措施第第3737页页/共共4040页页38最大裂缝宽度最大裂缝宽度 wmax计算计算平均裂缝间距平均裂缝间距 lcr 计算计算平均裂缝宽度平均裂缝宽度 wm计算计算裂缝宽度计算思路：裂缝宽度计算思路：第第3838页页/共共4040页页39本章学习要求1.熟悉工程中常见的裂缝及其成因。2.掌握我国规范裂缝控制等级的划分。3.熟练掌握裂缝宽度的验算思路和减小措施。4.深入理解短期刚度和长期刚度的概念和联系。5.掌握变形验算的最小刚度原则。第第3939页页/共共4040页页40感谢您的观看。感谢您的观看。第第4040页页/共共4040页页